Centrala hidroelectrică „Do-it-yourself”: cum să construiți o mini-hidroelectrică autonomă

Puterea fluxului de apă este o resursă naturală regenerabilă care vă permite să primiți aproape electricitate gratuită. Energia donată de natură va oferi o oportunitate de a economisi la utilități și de a rezolva problema cu echipamente de reîncărcare.

Dacă un pârâu sau un râu curge lângă casa dvs., merită să fie utilizați. Vor putea furniza electricitate parcelei și casei. Și chiar dacă se construiește o stație hidroelectrică, efectul economic crește semnificativ.

Articolul prezentat descrie în detaliu tehnologia de fabricație a structurilor hidraulice private. Am vorbit despre ce este necesar pentru a configura un sistem și a-l conecta la consumatori. Aici veți afla despre toate opțiunile pentru furnizorii de energie în miniatură, asamblați din materiale improvizate.

Centrale hidroelectrice

Centralele hidroelectrice sunt structuri capabile să transforme energia mișcării apei în electricitate. Furnizori alternativi de energie electrică verde în timp ce a fost exploatat activ doar în Occident. Pe teritoriul țării noastre, această industrie promițătoare nu face decât primele sale măsuri timide.

Micile hidrocentrale private pot fi barajele pe râuri mari, generând de la o duzină până la câteva sute de megawati sau mini-hidrocentrale cu o putere maximă de 100 kW, ceea ce este suficient pentru nevoile unei case private. Aici despre acesta din urmă și aflați mai multe.

Stație de șuruburi hidraulice

Proiectarea constă dintr-un lanț de rotori montat pe un cablu de oțel flexibil, tras de-a lungul râului. Cablul în sine joacă rolul unui arbore rotativ, al cărui capăt este fixat pe rulmentul de susținere, iar celălalt activează arborele generatorului.

Fiecare rotor hidraulic „ghirlandă” este capabil să genereze aproximativ 2 kW de energie, deși viteza debitului de apă pentru aceasta ar trebui să fie de cel puțin 2,5 metri pe secundă, iar adâncimea rezervorului nu trebuie să depășească 1,5 m.

Principiul funcționării unei centrale hidroelectrice a ghirlandei este simplu: presiunea apei învârte șuruburile hidraulice, acestea rotind cablul și forțează generatorul să genereze energie

Stațiile de ghirlande au fost folosite cu succes încă de la mijlocul secolului trecut, dar atunci rolul șuruburilor a fost jucat de elice de casă și chiar cutii de staniu. Astăzi, producătorii oferă mai multe tipuri de rotori pentru diferite condiții de funcționare.

Sunt echipate cu lame de diferite dimensiuni confecționate din tablă și permit obținerea unei eficiențe maxime în funcționarea stației.

Dar, deși acest hidrogen generator este destul de simplu de fabricat, funcționarea sa implică o serie de condiții speciale care nu sunt întotdeauna realizabile în viața reală. Astfel de structuri blochează albia râului și este puțin probabil ca vecinii de-a lungul coastei, ca să nu mai vorbim de reprezentanții serviciilor de mediu, să permită utilizarea energiei de curgere în scopurile tale.

În plus, în timpul iernii, unitatea poate fi utilizată doar în corpurile de apă care nu îngheață, iar în climă dură poate fi păstrată sau demontată. Prin urmare, stațiile de ghirlande sunt construite temporar și în principal într-o zonă pustie (de exemplu, în apropierea pășunilor de vară).

Stațiile cu rotor cu o capacitate de la 1 la 15 kW / h generează până la 9,3 MW pe lună și vă permit să rezolvați în mod independent problema electrificării în regiuni îndepărtate de autostrăzile centrale

Un analog modern al unei instalații cu lanț de margarete este stații cu cadru submersibile sau mare cu rotori transversale. Spre deosebire de predecesorul lor de ghirlandă, aceste structuri nu blochează întregul râu, ci folosesc doar o parte a canalului, putând fi instalate pe un ponton / plută sau coborâte complet spre fundul rezervorului.

Rotor vertical Darier

Rotorul Darier este un dispozitiv cu turbină care a fost numit în onoarea inventatorului său în 1931.Sistemul este format din mai multe lame aerodinamice fixate pe grinzi radiale și funcționează datorită presiunii diferențiale pe principiul „aripa de ridicare”, care este implicat pe scară largă în construcția și aviația.

Deși aceste instalații sunt mai mult folosite pentru a crea generatoare eoliene, ele pot lucra cu apă. Dar, în acest caz, sunt necesare calcule precise pentru a selecta grosimea și lățimea lamelor în conformitate cu rezistența curentului de apă.

Rotorul Darier seamănă cu o „moară de vânt”, instalată doar sub apă și poate funcționa indiferent de fluctuațiile sezoniere ale debitului

Rotoarele verticale sunt rareori utilizate pentru a crea hidrocentrale locale. În ciuda indicatorilor de performanță buni și aparentă simplitate a proiectării, echipamentul este destul de dificil de utilizat.

Înainte de începerea lucrului, sistemul trebuie să fie „neîncercat”, dar numai înghețarea unui rezervor poate opri o stație de rulare. Prin urmare, rotorul Darier este utilizat mai ales în întreprinderile industriale.

Inventatorul austriac Franz Zotloterer a propus o soluție interesantă în domeniul proiectării de mici hidrocentrale cu o turbină cu funcționare verticală:

Avantajul important al vaselor de vârtej este considerat pe bună dreptate conservarea resurselor de pește. Funcționarea unei turbine verticale nu dăunează organismelor vii ale râului. În plus, noroiul nu zăbovește pe pereții structurilor din cauza mișcării specifice a fluxului de apă.

Elică subacvatică

De fapt, aceasta este cea mai ușoară moară de vânt, este instalată doar sub apă. Dimensiunile lamelor pentru a asigura viteza de rotație maximă și rezistența minimă sunt calculate în funcție de rezistența debitului. De exemplu, dacă viteza de curgere nu depășește 2 m / s, atunci lățimea lamei trebuie să fie de 2-3 cm.

O elică subacvatică este ușor de realizat cu propriile mâini, dar este potrivită numai pentru râuri adânci și rapide - într-un iaz superficial, palele rotative pot provoca răni pescarilor, înotătorilor, păsărilor de apă și animalelor

O astfel de moară de vânt este instalată „spre” curgere, dar lamele sale nu funcționează datorită presiunii presiunii apei, ci datorită apariției forței de ridicare (prin principiul unei aripi sau a unei elice a navei).

Roată de apă cu lame

O roată de apă este una dintre cele mai simple opțiuni pentru un motor hidraulic, cunoscută încă de pe vremea Imperiului Roman. Eficiența activității sale depinde în mare măsură de tipul sursei pe care a fost instalată.

Roata de turnare se poate roti numai datorită debitului, iar roata de turnare poate fi rotită cu ajutorul presiunii și a greutății apei care curge de sus pe lame

În funcție de adâncimea și canalul cursului de apă, se pot instala diferite tipuri de roți:

• Submarin (sau inferior) - Potrivit pentru râuri superficiale cu debit rapid.
• Sredneboynye - sunt situate în canale cu cascade naturale, astfel încât fluxul să curgă aproximativ în mijlocul tamburului rotativ.
• Vrac (sau groapă superioară) - sunt instalate sub baraj, conductă sau în partea inferioară a pragului natural, astfel încât apa să cadă să continue prin partea superioară a roții.

Dar principiul de funcționare pentru toate opțiunile este unul și același: apa intră pe lame și conduce o roată, ceea ce face ca generatorul pentru o mini-centrală să se rotească.

Producătorii de echipamente hidraulice oferă turbine în afara raftului ale căror lame sunt adaptate special pentru un debit de apă specific. Dar meșterii de acasă realizează structuri de tambur pe modul vechi - din materiale improvizate.

Următoarea selecție foto vă va ajuta să faceți cunoștință cu etapele de construire a celei mai simple versiuni a unei mini stații hidroelectrice:

Poate că lipsa de optimizare va afecta indicatorii de eficiență, dar costul echipamentelor de origine va costa de câteva ori mai ieftin decât omologul achiziționat. Prin urmare, o roată de apă este cea mai populară opțiune pentru organizarea propriei mini-hidroelectrice.

Condiții pentru instalarea unei centrale hidroelectrice

În ciuda ieftinității tentante a energiei generate de un hidrogenerator, este important să luăm în considerare caracteristicile unei surse de apă, ale căror resurse intenționați să le utilizați pentru propriile dvs. nevoi.

Într-adevăr, nu toate cursurile de apă sunt potrivite pentru exploatarea unei mini-hidroelectrice, în special pe tot parcursul anului, deci nu va strica să aveți capacitatea de a vă conecta la o autostradă centralizată în rezervă.

Câteva argumente pro și contra

Principalele avantaje ale unei centrale hidroelectrice individuale sunt evidente: echipamentele ieftine care generează energie electrică ieftină nu dăunează naturii (spre deosebire de barajele care blochează curentul fluvial). Deși sistemul nu poate fi numit absolut sigur, elementele rotative ale turbinelor pot provoca răni locuitorilor lumii subacvatice și chiar oamenilor.

Pentru a preveni accidentele, hidrocentrala trebuie să fie protejată, iar dacă sistemul este complet ascuns de apă - instalați un semn de avertizare pe mal

Avantajele mini-hidro:

1. Spre deosebire de alte surse de energie „gratuite” (panouri solare, generatoare eoliene), sistemele hidraulice pot funcționa indiferent de ora zilei sau de vreme. Singurul lucru care le poate preveni este înghețarea rezervorului.
2. Nu este necesar să aveți un râu mare pentru a instala un hidrogenerator - aceleași roți de apă pot fi utilizate cu succes chiar și în fluxurile mici (dar rapide!).
3. Instalațiile nu emit substanțe nocive, nu poluează apa și funcționează aproape în tăcere.
4. Pentru instalarea mini-hidroelectrice cu o capacitate de până la 100 kW, nu este necesară întocmirea autorizațiilor (deși totul depinde de autoritățile locale și de tipul de instalație).
5. Excesul de electricitate poate fi vândut în casele vecine.

În ceea ce privește deficiențele, forța de curgere insuficientă poate deveni un obstacol serios pentru funcționarea productivă a echipamentelor. În acest caz, va fi necesar să se construiască structuri auxiliare, ceea ce presupune costuri suplimentare.

Dacă energia potențială a unui râu din apropiere nu este suficientă pentru un calcul aproximativ pentru a genera energie electrică într-o cantitate suficientă pentru utilizare practică, merită să fiți atenți la metode de construcție a turbinelor eoliene. Moara de vânt va servi ca un complement eficient.

Măsurarea debitului de apă

Primul lucru pe care trebuie să-l faceți pentru a vă gândi la tipul și metoda de instalare a stației este să măsurați viteza debitului de apă la o sursă aleasă.

Cea mai ușoară cale este de a coborî orice obiect ușor (de exemplu, o minge de tenis, o bucată de spumă de polistiren sau un plutitor de pescuit) pe repezi și oprirea timpului cu care va înota distanța până la un reper. Distanța standard pentru „înot” este de 10 metri.

Dacă iazul este departe de casă, puteți construi un canal de ramură sau conductă și, în același timp, aveți grijă de diferențele de înălțime

Acum trebuie să împărțiți distanța parcursă în metri cu numărul de secunde - aceasta va fi viteza curentului. Dar dacă valoarea obținută este mai mică de 1 m / s, va fi necesar să se construiască structuri artificiale pentru a accelera debitul prin diferențe de înălțime.

Aceasta se poate face cu un baraj pliabil sau cu o conductă îngustă de scurgere. Însă fără un debit bun, ideea unei stații hidroelectrice va trebui abandonată.

Producția de hidrocentrale pe baza unei roți de apă

Desigur, a asambla „pe un genunchi” și a construi un colos conceput să servească o întreprindere sau o așezare chiar și dintr-o duzină de case este o idee din domeniul fanteziei. Dar construirea unei mini-hidroelectrice cu propriile mâini pentru a economisi electricitate este destul de reală. Mai mult, puteți utiliza atât componente finisate, cât și materiale improvizate.

Prin urmare, avem în vedere fabricarea pas cu pas a celei mai simple structuri - o roată de apă.

Materiale și instrumente necesare

Pentru a face o mini-hidroelectrică cu propriile mâini, trebuie să pregătiți o mașină de sudură, o râșniță, un burghiu și un set de unelte auxiliare - un ciocan, o șurubelniță, o riglă.

Din materialele de care aveți nevoie:

• Colțuri și tablă cu o grosime de cel puțin 5 mm.
• Țevi din PVC sau oțel galvanizat pentru fabricarea de lame.
• Generator (puteți utiliza unul gata pregătit sau îl puteți face singur, ca în acest exemplu).
• Discuri de frână.
• Arbore și rulmenți.
• Placaj.
• Rășină de polistiren pentru umplerea rotorului și statorului.
• Sârmă de cupru de 15 mm pentru un generator improvizat.
• Magneți de neodim.

Vă rugăm să rețineți că designul roții va fi în permanență în contact cu apa, prin urmare, elementele metalice și din lemn trebuie selectate cu protecție împotriva umidității (sau aveți grijă de impregnarea lor și de vopsirea dvs.). În mod ideal, placajul poate fi înlocuit cu plastic, dar piesele din lemn sunt mai ușor de obținut și de modelat.

Asamblarea și fabricarea roților

Baza roții în sine poate fi două discuri de oțel cu același diametru (dacă este posibil să obțineți un tambur de oțel din cablu - bine, acest lucru va grăbi mult procesul de asamblare).

Însă dacă nu s-a găsit metal în materialele la îndemână, este posibilă tăierea cercurilor din placaj impermeabil, deși rezistența și durabilitatea lemnului chiar tratat nu pot fi comparate cu oțelul. Apoi pe unul dintre discuri trebuie să tăiați o gaură rotundă pentru instalarea generatorului.

După aceea, lamele sunt făcute și vor avea nevoie de cel puțin 16 buc. Pentru aceasta, conductele galvanizate sunt tăiate longitudinal în două sau patru părți (în funcție de diametru). Apoi, locurile de tăiere și suprafața lamelor în sine trebuie șlefuite pentru a reduce pierderile de energie în timpul frecării.

Lamele sunt instalate la un unghi de aproximativ 40-45 de grade - acest lucru va ajuta la creșterea suprafeței, care va fi afectată de forța de curgere

Distanța dintre cele două discuri laterale trebuie să fie cât mai aproape de lungimea lamelor. Pentru a contura un loc pentru amplasarea viitoarelor butuci, se recomandă realizarea unui șablon din placaj, pe care să fie indicate un loc pentru fiecare parte și o gaură pentru fixarea roții la generator. Marcajul pregătit poate fi atașat la exteriorul uneia dintre unități.

Apoi cercurile sunt instalate paralel între ele folosind tije cu filet solid, iar lamele sunt sudate sau fixate cu șuruburi în pozițiile dorite. Tamburul se va roti pe rulmenți, și un cadru de colțuri sau conducte de diametru mic este utilizat ca suport.

În această etapă, ansamblul tambur poate fi considerat complet, rămâne să-l echipeze cu un generator de casă și o duză care direcționează fluxul de apă

Duza este proiectată pentru surse de apă de tip cascadă - o astfel de instalație va permite utilizarea maximă a energiei de curgere. Acest element auxiliar este realizat prin îndoirea tablelor cu sudarea ulterioară a cusăturilor, apoi este montat pe țeavă.

Cu toate acestea, dacă un râu plat curge în zona dvs. fără repezi și alte obstacole de mare altitudine, acest detaliu nu este necesar.

Este important ca lățimea orificiului de ieșire a duzei să corespundă lățimii roții în sine, în caz contrar, o parte a debitului va rămâne inactivă fără să se urce pe lame

Acum roata trebuie să fie montată pe ax și montată pe un suport din colțurile sudate sau șurubate între ele. Rămâne să faceți un generator (sau să îl instalați gata) și puteți merge la râu.

Generator de bricolaj

Pentru a face un generator de casă, trebuie să faceți o înfășurare și umplere a statorului, pentru care aveți nevoie de bobine cu 125 de rotații de sârmă de cupru pe fiecare. După unirea lor, întreaga structură este turnată cu rășină de poliester.

Fiecare fază constă din trei bobine atașate consecutiv, astfel încât conexiunea poate fi realizată sub forma unei stele sau a unui triunghi cu mai multe conducte externe

Acum trebuie să pregătiți un șablon de placaj care să se potrivească cu dimensiunea discului de frână.

Marcajele se fac pe un inel din lemn și se fac sloturi pentru instalarea magneților (în acest caz, s-au folosit magneți de neodim de 1,3 cm grosime, 2,5 cm lățime și 5 cm lungime). Apoi rotorul rezultat este de asemenea umplut cu rășină, iar după uscare este atașat la tamburul roții.

Roată de apă cu rotor cu disc de frână și generator de bobine de sârmă de cupru - vopsit, prezentabil și gata de utilizare

Ultima carcasă din aluminiu montată cu un ampermetru, care acoperă redresoarele. Sarcina acestor elemente este de a converti curentul trifazat în curent continuu.

După instalarea roții în pârâul unui râu mic cu o cascadă sau o conductă ocolitoare, puteți conta pe performanța unei mini-hidroelectrice la 1.9A * 12V la 110 rpm

Pentru a împiedica frunzele, nisipul și alte resturi aduse cu fluxul să cadă în roată, este recomandat să puneți o plasă de protecție în fața dispozitivului.

De asemenea, puteți experimenta cu goluri între magneți și bobine cu un număr crescut de viraje pentru a crește eficiența stației hidroelectrice.

Despre toate tipurile surse alternative de energie Vei afla citind articolul despre introducerea tehnologiilor verzi în viața de zi cu zi.

Concluzii și video util pe această temă

Video # 1. Un exemplu de instalație hidraulică funcțională cu un generator auto-fabricat bazat pe un motor trifazat:

Video # 2. Mini hidrocentrala cu apa:

Video # 3.O stație bazată pe o roată pentru biciclete este o soluție interesantă la problema alimentării cu energie în vacanțe departe de civilizație:

După cum vedeți, construirea unei mini-centrale cu apă cu propriile mâini nu este atât de dificilă. Dar, deoarece majoritatea calculelor și parametrilor pentru componentele sale sunt determinate „pe ochi”, unul trebuie pregătit pentru posibile defalcări și costuri asociate.

Dacă simțiți o lipsă de cunoștințe și experiență în acest domeniu, ar trebui să aveți încredere specialiștilor care vor efectua toate calculele necesare, sfătuiți echipamentul care este optim pentru cazul dvs. și îl instalați într-o manieră de calitate.

Vă rugăm să scrieți comentarii în blocul de mai jos. Împărtășește informații interesante și recomandări utile, lasă fotografii tematice. Poate doriți să spuneți cum v-ați construit propria centrală hidroelectrică pe un site suburban? Vom fi bucuroși să citim povestea dvs. despre procesul dispozitivului și funcționarea.